أخبار الشركة عن كيف يجب اختيار أجهزة استشعار الضغط والجريان؟

كيف يجب اختيار مستشعرات الضغط والتدفق؟

يمكن استخدام كل من مستشعرات الضغط ومستشعرات التدفق لقياس معدل تدفق الهواء.

في العديد من التطبيقات، عادة ما يتم استخدام كلا النوعين من المستشعرات مع أجهزة تحديد التدفق لتوليد فرق ضغط. تسمى بعض مستشعرات "تدفق الهواء" بمستشعرات "الضغط التفاضلي" بسبب طرق المعايرة الخاصة بها بدلاً من الاعتماد على تقنياتها الداخلية. تهدف التفسيرات التالية إلى توضيح الاختلافات بين هذين النوعين من المستشعرات، وشرح الفروق بينهما، والإشارة إلى أي نوع هو الأنسب لتطبيقات معينة.

ما هو مستشعر تدفق الهواء؟

بأبسط العبارات، مستشعر تدفق الهواء، المعروف بدقة أكبر باسم مستشعر تدفق الكتلة الهوائية، هو جهاز به منفذان للضغط، يتدفق الغاز من أحدهما إلى المنفذ الآخر (انظر الشكل 1). يوجد داخل المستشعر عنصر حثي بسطح ساخن. عندما يتدفق الغاز عبر عنصر الاستشعار، يتم نقل الحرارة من المنبع إلى المصب. يؤدي هذا إلى توليد خلل حراري يتناسب مع كتلة المادة المتدفقة، والتي يمكن قياسها بواسطة الدوائر الإلكترونية.

من المهم أن نتذكر أن المستشعر يقيس معدل تدفق الكتلة في ظل الظروف القياسية، وليس الحجم الفعلي للغاز المار. على الرغم من أن معظم المستشعرات تعوض عن تأثير درجة الحرارة، إلا أن التغيرات في الضغط الجوي يمكن أن تؤثر على كثافة الغازات، وبالتالي تؤثر على نتائج الإخراج. بالإضافة إلى ذلك، يجب معايرة مستشعرات تدفق الكتلة لخلائط غازات معينة لأن الغازات المختلفة لها خصائص حرارية مختلفة.

قم بمعايرة مستشعر تدفق الكتلة بحيث يكون إخراجه متناسبًا مع انخفاض الضغط بين المنفذين، لأنه على وجه التحديد هذا الانخفاض في الضغط هو الذي يدفع التدفق عبر المستشعر. قد يتسبب هذا في بعض الارتباك لأن هذه المستشعرات تُباع عادةً كمستشعرات ضغط تفاضلي، في حين أن تقنيتها الداخلية تقيس التدفق في الواقع.

ما هو مستشعر الضغط التفاضلي؟

تحتوي مستشعرات الضغط التفاضلي التقليدية أيضًا على منفذين للضغط؛ ومع ذلك، لا يوجد تدفق للغاز بين هذين المنفذين. على العكس من ذلك، توجد غشاء MEMS بين المنفذين لقياس فرق الضغط. يتم قياس انحراف الغشاء بواسطة جهاز مقاوم للضغط مزروع في رقاقة السيليكون، وتقوم الدائرة الإلكترونية بتحويل هذا إلى إشارة إخراج.

الاختلافات الرئيسية بين مستشعرات الضغط ومستشعرات تدفق جودة الهواء

مسار التدفق

يكمن الاختلاف الأكثر وضوحًا بين مستشعرات تدفق الضغط ومستشعرات تدفق الكتلة في وجود أو عدم وجود مسارات تدفق الغاز. لكي يعمل مستشعر تدفق الكتلة بشكل صحيح، يجب أن يمر الغاز من خلاله. أي قيود في قناة التدفق، مثل الأوساخ أو السائل، ستغير المقاومة الديناميكية الهوائية، وبالتالي تؤثر على الإخراج. في المقابل، مستشعر الضغط هو "نهاية مسدودة". التدفق الوحيد للغاز في نظام الأنابيب الخاص به هو كمية صغيرة من الغاز ناتجة عن ضغط أو تمدد الغاز تحت ضغط مرتفع. لن تتسبب الأوساخ أو السائل الموجود في نظام الأنابيب إلا في اختلافات في الإخراج عندما تكون الأنابيب مسدودة بالكامل تقريبًا. تلتصق الملوثات الموجودة في قناة التدفق في النهاية بالسطح الداخلي لمستشعر تدفق الكتلة وقد تؤثر أيضًا على نقل الحرارة إلى عنصر الاستشعار، وبالتالي تؤثر على الإخراج.

يجب استخدام مستشعر تدفق الهواء فقط عندما لا يحتوي الغاز المار من خلاله على ملوثات.

النوعية والدقة

نظرًا لأن مستشعر تدفق الكتلة هو جهاز حساس للحرارة، فهو أكثر استقرارًا من مستشعر الضغط القائم على الإجهاد عند التدفق الصفري (أو فرق الضغط الصفري). ومع ذلك، سيؤثر وضع الفشل المذكور أعلاه على ميل إخراج المستشعر. تميل جميع أوضاع فشل مستشعر الضغط إلى التأثير على إزاحة الضغط الصفري للجهاز. نادرًا ما يتغير ميل مستشعر الضغط. بالإضافة إلى ذلك، يكون إخراج عنصر الاستشعار لمستشعر تدفق الكتلة عند معدلات التدفق المنخفضة أعلى من معدلات التدفق المرتفعة. هذا يعني أنه حتى إذا تم تصحيح الإخراج إلى إشارة خطية، فستظل دقة مستشعر تدفق الكتلة عند معدلات التدفق المنخفضة للغاية أفضل من دقتها عند معدلات التدفق المرتفعة. يكون إخراج مستشعر الضغط قريبًا بشكل طبيعي من الخطية ضمن نطاق عمله، لذلك لن تتغير الدقة.

بالمقارنة مع مستشعرات الضغط المكافئة، تتمتع مستشعرات تدفق الكتلة بدقة واستقرار أفضل عند معدلات التدفق المنخفضة جدًا.

خاصية مكافحة التلوث

يمكن أن يؤثر التلوث في قناة التدفق على إخراج مستشعر تدفق الكتلة بعدة طرق. حتى إذا تشكلت طبقة رقيقة جدًا من السائل أو الأوساخ على سطح عنصر الاستشعار، فسوف تتداخل مع نقل الحرارة وتتسبب في أخطاء في الميل. بالإضافة إلى ذلك، إذا تم استخدام المستشعر في تكوين تجاوز، كما ذكرنا سابقًا، فإن أي عامل يزيد من مقاومة التدفق في خط الأنابيب سيؤثر على نتائج القياس. عندما يتم انسداد خط الأنابيب، يلزم ضغط إضافي للسماح بمرور نفس معدل التدفق، مما سيغير العلاقة بين معدل التدفق والضغط. في المقابل، لا يوجد تدفق هواء تقريبًا في خط أنابيب مستشعر الضغط التفاضلي. الحركة الوحيدة هي كمية صغيرة من الهواء الداخل والخارج لتوليد تغيرات في الضغط. قد تتسبب خطوط الأنابيب المسدودة بشدة في حدوث مشكلات في الاستجابة للتردد في التطبيقات عالية التردد؛ ومع ذلك، سيكون إخراج المستشعر صحيحًا. باستخدام مستشعرات الضغط ومستشعرات تدفق الهواء الكتلي في نفس القياس في وقت واحد، يمكن إنشاء نظام مضمون تقريبًا. نظرًا لأن معظم أوضاع الفشل في مستشعرات الضغط ستؤثر على الإزاحة، في حين أن معظم الأوضاع في مستشعرات التدفق ستؤثر على الميل، فمن غير المحتمل أن تفشل هذان الجهازان في نفس الوقت بنفس الطريقة.

سيكون ميل مستشعر الضغط أكثر استقرارًا من ميل مستشعر تدفق الهواء الكتلي ومن غير المرجح أن يتأثر بالتلوث.

تقنية المعايرة التلقائية للنقطة الصفرية

المعايرة التلقائية هي تقنية معايرة مستشعر الضغط تعتمد على أخذ عينات من الإخراج في ظل ظروف مرجعية معروفة، مما يسمح بإجراء تصحيح إضافي لأخطاء الإخراج الخارجية، بما في ذلك أخطاء الإزاحة، والإزاحات الناتجة عن التأثيرات الحرارية (تغيرات الإزاحة)، وانحراف الإزاحة. إذا كان من الممكن تنفيذ هذه التقنية في التطبيقات، فسيكون ذلك أسلوبًا بسيطًا للحصول على مزايا مستشعرات الضغط مع تجنب مشاكل مستشعرات تدفق الكتلة.

استهلاك الطاقة

يتطلب السخان الموجود في مستشعر تدفق الكتلة كهرباء ليعمل بشكل صحيح ويحتاج إلى فترة زمنية قصيرة للتسخين المسبق والاستقرار. في المقابل، تستهلك جسر Wheatstone المقاوم البسيط في معظم مستشعرات الضغط تيارًا أقل بكثير ويمكن أن يستقر بسرعة. قد يتطلب مستشعر التدفق النموذجي تيارًا يتراوح بين 10 مللي أمبير و 15 مللي أمبير، في حين أن مستشعر الضغط بنفس الأداء لا يحتاج إلا إلى 2 مللي أمبير. عادةً ما يظل إخراج مستشعر الضغط مستقرًا ضمن نطاق 2 مللي ثانية أو أقل، في حين أن مستشعر التدفق قد يتطلب 35 مللي ثانية. هذا يقلل بشكل كبير من فعالية استراتيجية دورة إمداد الطاقة المعتمدة للحفاظ على الطاقة.

عادة ما يتم تفضيل مستشعرات الضغط في التطبيقات منخفضة الطاقة.

الاستجابة للتردد

عنصر الاستشعار لمستشعر الضغط هو غشاء ميكانيكي. عادة ما يكون له تردد أعلى من 10 كيلو هرتز. في التطبيقات العملية، عادة ما تقتصر استجابة المستشعر على ما يقرب من 1 كيلو هرتز التي توفرها الأجهزة الإلكترونية. في المقابل، تستجيب مستشعرات تدفق الهواء بشكل أبطأ لتدفقات الهواء المتغيرة بسرعة وتميل إلى حساب التغيرات السريعة - تذكر الفرق في أوقات التسخين المسبق. من الصعب بعض الشيء تحديد الاستجابة للتردد لمستشعر تدفق الكتلة بدقة. ومع ذلك، في معظم الحالات، قد يكون أقل من 100 هرتز. قد يؤثر هذا الاختلاف على الأداء في التطبيق.